DE2611106B2 - Vorrichtung zur erkennung der schaerfe eines optischen bildes - Google Patents

Description

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske (8) eine halbkreisförmige öffnung enthält, die die eine Endfläche (4aj des ersten optischen Faserbündels (4) während etwa einer halben Drehung des Drehkörpers (3) und die eine Endfläche (5ajdes zweiten optischen Faserbündels (5) während in etwa der anderen Hälfte der Drehung des Drehkörpers (3) freigibt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die anderen Endflächen (4b. 5b) der beiden optischen Faserbündel (4, 5) nahezu auf der Drehachse des Drehkörpers (3) befinden.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Endflächen (4k, 5b,)der beiden optischen Faserbündel (4, 5) relativ zur Drehachse derart angeordnet sind, daß sie bei der Drehung des Drehkörpers (3) zwei s.ich nicht überlappende und nicht schneidende geurneirische Orte bestimmen und daß der foloelektrische Wandler (6) eine Platte aufweist, die zwei entsprechend geformte lichtempfindliche Teile (5', 4') aufweist.

Die Erfindung betrifft e.ne Vorrichtung zur Erkennung der Schärfe eines optischen Bildes.

ESe erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders zur Bestimmung der Brennebene einer optischen Vorrichtung beisp.elswe.se eines Fotoappa-

Sei Einrichtungen zum Bestimmen der Brennebene ist es bekannt, die Tatsache auszunutzen, daß der Kontrast des Bildes, d. h. der Unterschied zwischen den Sn und dunklen Bildbereichen .η der Brennebene am roßten ist Es ist versucht worden, ein dem Kontrast Cec endes Signal dadurch zu erhalten, daß die Bildfläche dadurch abgetastet wird, daß ein Element und eine Schlitzblende unter Verwendung eines Erregers m Schwingungen versetzt werden oder daß e.ne mit einem iS versehene Scheibe auf der Welle eines Motors

Sivifahren der Abtastung der Bildfläche mit Hilfe _Pines Erregers bewirkt eine Hochgeschw.ndigke.tsabtas u e so daß bei einer hochfrequenten Schwingung die Erregeramplitude abnimmt. Das oben beschriebene Verfahren ha. daher den Nachteil, daß ein ausreichendes Kontras.signal nicht erhalten werden kann es se. denn daß ein Objekt eine hohe Ortsfrequenz hat. Bei dem Verfahren, bei dem die Bildfläche durch die Drehung einer geschlitzten Scheibe abgetastet wird, kann der abgetastete Bereich in geeigneter Weise dadurch variiert werden, daß der Abstand vom Drehmittelpunkt zum Schlitz verändert wird Dabei bleibt jedoch das Problem der Stabilisierung des Signals eines photoleitenden Elements, das sich hinter dem Schlitz befindet. Gemäß der japanischen Patentveroffentlichung Nr. 43/25723 wird ein solches Signal mittels eines Schleifringes und einer Bürste erhalten wöbe, s,ch iedoch der Berührungswiderstand zwischen diesen beiden Elementen während der Drehung der Motorwelle immer ändert, was zur Folge hat, daß nur schwierig stabil ein sehr kleines Ausgangssignal erhalten werden kann Da die Motorwelle darüber hinaus verschiedene Einrichtungen tragen muß. muß der Motor ein relativ hohes Drehmoment haben, um eine hohe Drehzahl zu erreichen. Das ist bezüglich des elektrischen Energieverbrauchers nachteilig. .AfU Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe , zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, durch die die Fokussierung eines Bildes in der Bildebene automatisch festgestellt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindunesgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist ., daß wenigstens zwei optische Faserbündel derart auf einem Drehkörper angeordnet sind, daß die einen Endflächen der beiden Faserbündel in zwei zueinander axial versetzten, zur Drehachse des Drehkörpers senkrechten Ebenen jeweils im radialen Abstand von ,, der Drehachse liegen, wobei auf einer der Ebenen das scharf einzustellende Bild abgebildet wird, und daß in der Nähe der anderen Endflächen der Faserbunde wenigstens ein ortsfester fotoelektrischer Wandlei angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat verschieden Vorteile. Einmal ist die Optik, die die Bildfläche abtastet räumlich von dem oder den fotoelektrischen Wandlern „„,-„„nt _Co ,JaQ dir Drehung des Drehkörpers, wie /.. B einer Motorwelle, nicht auf den fotoelektrischei , Wandler übertragen wird. Daher kann der fotoelektri sehe Wandler ortsfest angebracht werden, was dei Vorteil hat, daß zu jedem Zeitpunkt stabilisierte Signal der Bildabtastung der Bildflache erhalten werde:

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können, ohne daß eine Einrichtung zur Übertragung der Signale, beispielsweise ein Schleifring und eine Bürste, vorgesehen werden muß.

Dadurch, daß sich nur zwei leichte optische Fasern auf dem Drehkörper beispielsweise einer Motorwelle i befinden, liegt an dem Motor zum Antrieb des Drehkörpers nahezu keine Last, so daß daher eine Abtastung mit hoher Geschwindigkeit erfolgen kann. Dadurch wird der Verbrauch an elektrischer Energie herabgesetzt und die Lebensdauer der Vorrichtung m erhöht.

Da weiterhin die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Information in Form eines Kontrastsignals für das Bild in zwei um Δ7. voreinander axial versetzten Ebenen liefert, kann diese Information als Information für einen ι, direkt vor und einem direkt hinter der Bildebene liegenden Punkt verwendet werden und zusammen mit einer Servoeinrichtung zur automatischen Einstellung der Bildschärfe eines Fotoapparates verwandt werden.

Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform der j» Erfindung besteht der Drehkörper aus der Drehachse eines Motors, die in die Richtung der optischen Achse einer Linse oder eines Objektivs ausgerichtet ist. Auf oder durch die Drehachse verlaufen zwei lichtleiiende Elemente, beispielsweise optische Fasern, deren gegen- .·-, überliegende Endflächen poliert sind. An der Lichteinfallsseite sind die beiden optischen Fasern symmetrisch bezüglich der Drehachse der Welle angeordnet. Die Enden der beiden optischen Fasern sind in Axialrichtung um ΔΖ versetzt. An der Lichtaustritlsseite befinden _)n sich die gegenüberliegenden Enden der optischen Fasern in derselben Ebene. Wenn sich der Motor dreht, werden zwei Bildflächen, die um einen Abstand ΔΖ in Richtung der optischen Achse voreinander getrennt sind, abgetastet. Ein fotoelektrischer Wandler ist in r, geringem Abstand von den Endflächen der optischen Fasern an der Lichlaustrittsseite angeordnet. Der Wandler hat eine Oberfläche, die eine Hälfte des Umkreises, d. h. des geometrischen Ortes der Endflächen der Fasern einschließt. Folglich liefert der Wandler „. abwechselnd Signale der Bildfläehenabtastung, die dem Teil einer halben Drehung der beiden optischen Fasern entsprechen. Die Signale der Abtastung der Bildfläche, die den zwei Bildflächen entsprechen, die um ΔΖ voneinander getrennt sind, werden elektronisch ge- , trennt und verglichen, wodurch die Brennebene festgestellt wird.

Weitere vorzugsweise Ausführungsformen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbei- -,, spiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels;

Fig. 2 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines -, zweiten Ausführungsbeispiels, bei dem ein fotoelektrischer Wandler vorgesehen ist, der eine kleine Lichtempfangsfläche aufweist;

F i g. 3a zeigt die Signale der Abtastung der Bildfläche, die fortlaufend erhallen werden, und

F i g. 3b zeigt den Zustand, bei dein die Signale nur in positive oder negative getrennt sind;

F'ib. 4 zeiel ein Beispiel einer Signalverarbeitungsschaltung;

Fig. 5a zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines , weiteren Ausführungsbeispiels;

Fig. 5b zeigt die Vorderansicht der lichtempfangenden Fläche eines fotoelektrischen Wandlers, der bei dem Ausführungsbeispiel von F i g- 5a verwandt wird;

Fig. 6 zeigt ein spezielles Ausführungsbeispiel tiner Schaltung, die nach dem Blockschaltbild von Fig.4 arbeitet.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abtasten einer Bildfläche dargestellt. Das Licht von einem Motiv fällt durch ein Objektiv bzw. eine Linse 1 und liefert ein Bild in der Nähe der Stirnfläche einer Welle 3 eines Motors 2. Zwei optische Fasern 4 und 5, die durch die Welle 3 und parallel zueinander und zur Drehachse verlaufen, sind an ihren Stirnflächen poliert. Die Lichtstrahlen treten in die optischen Fasern an ihren Lichteinfallsflächen ein. An der Lichtaustrittsseite der optischen Fasern tritt das Licht aus und fällt auf einen halbkreisförmigen fotoelektrischen Wandler 6. Dieser Wandler hat eine Oberfläche, die die Hälfte eines -Kreises mit dem Radius R einschließt. Dieser Durchmesser R ist der Abstand zwischen den Enden der optischen Fasern an der Lichtaustrittsseite.

Die optischen Fasern 4 und 5 sind an der Stirnfläche an der Lichteinfallsseite der Welle symmetrisch zur Drehachse der Welle und um ΔΖ in Richtung der optischen Achse versetzt angeordnet. Wenn sich bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung somit die Welle 3 dreht, repräsentieren die vom fotoleitenden Element gelieferten Signale der Abtastung der Bildfläche um ΔΖ voneinander getrennte Bildlagen. Der Wandler 6 ist vorzugsweise so nahe wie möglich am Lichtaustrittsende der optischen Fasern angeordnet, um jeden Einfluß des Lichtes von den beiden optischen Fasern 4 und 5 aufeinander auszuschließen. Mit 7 ist eine Abschirmungsfolie bezeichnet, die verhindert, daß Außenlicht auf den Wandler fällt.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Optik zum Abtasten der Bildfläche räumlich vom fotoelektrischen Wandler getrennt, so daß die Abtastung der Bildfläche derart erfolgen kann, daß die Drehbewegimg der Welle 3 nicht auf den Wandler übertragen wird. Das hat zur Folge, daß die Signale der Abtastung der Bildfläche unverändert und sicher erhalten werden können. Da weiterhin die Last des Motors 2 sehr gering ist, kann die Drehzahl leicht erhöht werden, was eine unkomplizierte Abtastung mit hoher , Geschwindigkeit ermöglicht. Eine Abtastung mit hoher Geschwindigkeit ist insbesondere beim Bestimmen einer Brennebene unter wechselnden Beleuchtungsvorhältnissen, beispielsweise in einem geschlossenen Raum, nützlich. Sie ist darüber hinaus im Hinblick auf die ,ο HaltLarkeit der Einrichtung und den Verbrauch an elektrischer Energie vorteilhaft.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel verlaufen die beiden optischen Fasern parallel zueinander durch die Welle des Motors, so daß ein , halbkreisförmiger fotoclektrischer Wandler mit einer großen Lichtempfangsflrchc erforderlich ist. In F i g. ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die beiden optischen Fasern durch die Welle derart verlaufen, daß ihre Lichtaustrittsenden sich .nahezu an ι, oder in der Nähe der Drehachse befinden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein kleiner fotoelektrischer Wandler beispielsweise ein Fototransistor, mit einer geringen Lichtempfangsfläche derart angeordnet, daß Licht von beiden Fasern zu jeder Zeit auf den wandler , fällt. In diesem Fall wird der Wechsel der Abtastsignale zwischen der ersten und der zweiten optischen Faser durch eine Bildabschirmplatte 8 erzielt, die eine halbmondförmige Öffnung aufweist. Somit kann zu

einem gegebenen Zeilpunkt nur eine der optischen Fasern Licht von dem Motiv empfangen. Dieses Ausführungsbeispiel arbeitet im übrigen in der gleichen Weise wie das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel.

In Fi g. 3 zeigt die Wellenform (a) die Beschaffenheit der Signale der Abtastung der Bildfläche in der oberen Hälfte desselben Umkreises, jedoch jeweils im Abstand von ΔΖ, die fortlaufend und wechselweise erhalten werden. Das Signal der Abtastung der Bildfläche für eine optische Faser ist mit A bezeichnet, während das Signal der Abtastung der Bildoberfläche der anderen optischen Faser, die um ΔΖ versetzt ist, mit B bezeichnet ist. Das Signal A wird somit während der Zeitabschnitte T_n, T_n + 2... erzeugt, während das Signal B während der Zeitabschnitte T_n+I, T_IM j... erzeugt wird. Es soll im folgenden angenommen werden, daß sich die Brennebene näher an der Abtastfläche derjenigen optischen Faser, die das Signal A erzeugt, als an der Abtastfläche der optischen Faser, die das Signal B erzeugt, befindet. In diesem Fall weist das Signal A größere Spitzen und Täler, d. h. negative Spitzen auf. da der Kontrast des Bildes um so größer ist, je näher es der Brennebene ist. Wenn somit, wie es die Wellenform (b) in Fig.3 zeigt, das Signal A in ein positives Signal zweiweggleichgerichtet wird und das Signal B in ähnlicher Weise verarbeitet und anschließend in ein negatives Signal umgekehrt wird und die integrierten Werte beider Signale verglichen werden, dann wird dasjenige Ausgangssignal, zu dem das Signal A integriert ist, größer. Wenn sich die Brennebene näher an der Abtastfläche derjenigen optischen Faser befindet, die das Signal B erzeugt, dann wird das andere Ausgangssignal, zu dem das Signal B integriert ist, größer. Wenn sich die Brennebene in der Mitte zwischen beiden Abtastflächen befindet, werden die beiden integrierten Ausgangssignale gleich groß. Diese Einrichtung kann dazu verwandt werden, den Zustand am vorderen und hinteren Stift direkt vor und direkt hinter der Filmebene sowie den eingestellten Brennpunkt zu bestimmen.

F i g. 4 zeigt ein Beispiel einer Signalverarbeitungsschaltung, deren Bauelemente einzeln alle bekannt sind. Mit 41 ist eine Signaldetektorschaltiing, mit 42 eine Verstärkerschaltung, mit 43 eine Signaltrennschaltung, mit 44 eine integrierende Trennschaltung und mit 45 eine Anzeigeschaltung bezeichnet.

Ein spezielles Beispiel für eine Schaltung zur Durchführung der Arbeitsweise des Blockschaltbildes von Fig. 4 ist in Fig. 6 dargestellt. Diese Schaltung enthält eine Fotodiode und neun Funktionsverstärker. Der Funktionsverstärker 1 arbeitet als logarithmischer Verstärker, während der Funktionsverstärker 2 als Kerbfilter arbeitet. Mit PCi ist eine Fotokopplung für eine Cadmiumsclenidleuchtdiode bezeichnet. ASWi ist citi Analogschaltcr, der das Signal wechselweise synchron mit einer Halbdrehung der Motorwellc durchläßt. ASW2 läßt die Signale synchron mit der anderen Halbdrehung der Motorwellc durch. ASWi ist ein Analogschalter zum Umschalten des Verstärkungsfaktors in Abhängigkeit von der Höhe des Eingangssignals. /T2 ist eine Fotokopplung zum Bestimmen des Ein- oder Auszustandcs des Lichtes bei einer Halbdrehung der Motorwelle. OP8 bis OPlO und Tr3 bis Tr5 bilden eine Schaltung zum Erzeugen eines Synchronsignals für eine Halbdrehung der Motorwellc. Es ist ebenfalls ein Meß- oder Anzeigegerät ME vorgesehen, das angibt, ob sich der Brennpunkt vor der Filmebenc, beispielsweise durch eine ( + )-Anzeige, oder hinter der Filmebene, beispielsweise durch eine ( — )·Anzeige, befindet.

Die Fi g. 5a und 5b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie es in Fig.5a dargestellt ist, liegt bei einer von zwei optischen Fasern 4 und 5, deren Stirnflächen an der Einfallsseite um ΔΖ längs der optischen Achse versetzt sind, das Austrittsende in der Drehachse der Motorwelle 3, während die Austrittsfläche der anderen optischen Faser in geeigneter Weise von der Drehachse versetzt liegt. Wie es in Fig. 5b dargestellt ist, weist das lichtempfangende Element 6 konzentrische lichtempfangende Flächen 4' und 5' auf, die der Lage der Austrittsflächen der optischen Fasern 4 und 5 jeweils bei ihrer Drehung entsprechen. Bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel können die Abtastsignale der um ATL voneinander getrennten Abtastflächen unabhängig voneinander erhalten werden, so daß eine Signaltrcnnschaltung, wie bei dem vorigen Ausführungsbeispiel, nicht mehr erforderlich ist.

Während zwei optische Fasern mit um ΔΖ längs der optischen Achse versetzten Stirnflächen auf der Lichteinfallsseite bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen verwandt wurden, um Informationen über eine Fokussierung direkt vor und direkt hinter der Filmebene zu erhalten, kann aus Gründen der Einfachheit die Einrichtung zur Bestimmung des Brennpunktes auch so ausgelegt sein, daß eine einzige optische Faser so vorgesehen ist, daß ihre Einfallsfläche von der Drehachse der Motorwelle versetzt ist und ihre Austrittsfläche in der Drehachse liegt. Der in dieser Weise angeordnete Motor wird gedreht, um Abtastsignale zu erhalten, wodurch der Brennpunkt so lange verschoben wird, bis das Kontrastsignal einen maximalen Signalpegel bekommt.

Um den Erfordernissen einer Hochgeschwindigkeitsabtastung zu genügen, kann eine eine Einrichtung aus optischen Fasern enthaltende Welle mittels eines Motors über einen Riemen und eine Riemenscheibe gedreht werden, deren Durchmesser größer als die der Welle ist, um die Hochgeschwindigkeitsabtastung zu verwirklichen.

Während sich der Einfachheit halber in der vorhergehenden Beschreibung der Ausführungsbeispie-Ic der Erfindung die optischen Fasern in der Motorwellc befanden, können sie jedoch auch nicht an der Motorwclle, sondern an irgendeinem anderen Drehkörper angebracht sein.

Bei der beschriebenen neuen Vorrichtung sind die Optik zum Abtasten der Bildfläche und der fotoclektrische Wandler räumlich voneinander getrennt, wobei der Wandler ortsfest ist, wodurch keine Notwendigkeit besteht, eine Einrichtung zur Übertragung der Signale, beispielsweise einen Schleifring und eine Bürste vorzusehen, was den bedeutenden Vorteil bietet, daß zu jedem Zeitpunkt stabilisierte Signale von der Abtastung der Bildfläche erhalten werden können. Da darüber hinaus nur die leichten optischen Fasern durch die Motorwellc geführt werden müssen, kann tier Motor nahe/.u lastfrei gedreht werden, was die Möglichkeil einer Abtastung mit höherer Geschwindigkeit bietet. Vorteile bietet die Vorrichtung auch im Hinblick uul den Verbrauch an elektrischer Energie und die Dauerhaftigkeit. Mit der Vorrichtung können Informationen aus einer direkt vor und einer direkt hinter der I'ilinebene liegenden Ebene erhalten werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

26 Π Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erkennung der Schärfe eines optischen Bildes, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei optische Faserbündel (4, 5) > derart auf einem Drehkörper (3) angeordnet sind, daß die einen Endflächen der beiden Faserbündel in zwei zueinander axial versetzten, zur Drehachse des Drehkörpers senkrechten Ebenen jeweils im radialen Abstand von der Drehachse liegen, wobei auf ι» einer der Ebenen das scharf einzustellende Bild abgebildet wird, und daß in der Nähe der anderen Endflächen der Faserbündel wenigstens ein ortsfester fotoelektrischer Wandler (6) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ι' zeichnet, daß die einen Endflächen (4a, 5a) gleichen Abstand von der Drehachse haben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein wechselweises Ansprechen des fotoelektrischen Wandlers (6) auf Lichtstrahlen vom -" ersten und vom zweiten Faserbündel bei Drehung des Drehkörpers (3).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Endflächen (4b, 5b) der beiden optischen Faserbündel gleichen Abstand von der Drehachse haben.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der fotoelektrische Wandler (6) halbmondförmig ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet * durch eine elektronische Einrichtung zum Trennen der abwechselnd erzeugten Signale, die die Abtastungen der beiden um ΔΖ getrennten Bildebenen repräsentieren.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ι gekennzeichnet durch eine die vordere Fläche des Drehkörpers (3) abdeckende Maske (8), die eine öffnung enthält, die derart geformt ist, daß die einen Endflächen (4a, 5a) der optischen Faserbündel (4, 5) während einesTeiles der Drehung des Drehkörpers (3) nicht maskiert sind, wobei der Teil der Drehung, bei dem das erste optische Faserbündel nicht maskiert ist, sich von dem Teil unterscheidet, bei dem das /weite optische Faserbündel nicht maskiert